二硫化钼 还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能.pdf
《二硫化钼 还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二硫化钼 还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 32 卷 第 2 期2024 年 2 月现代纺织技术Advanced Textile TechnologyVol.32,No.2Feb.2024DOI:10.19398j.att.202306018二硫化钼还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能李 伟1,韩宾宾1,薛阳彪1,郑 敏1,2(1.苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州 215006;2.江苏纳盾科技有限公司,江苏苏州 215123)摘 要:为了赋予涤纶(PET)织物良好的阻燃、抑烟性能,实现 PET 织物的低烟、无卤阻燃,采用浸轧工艺,用水热法制备二硫化钼还原氧化石墨烯(MoS2RGO)复合材料,并将其用于 PET 织物的阻燃整理。采
2、用扫描电子显微镜、红外光谱仪以及 X 射线衍射仪等对 MoS2RGO 复合材料以及 MoS2RGOPET 织物的微观形貌与化学结构进行分析;采用垂直燃烧测试仪、烟雾密度箱、接触角仪等对 MoS2RGOPET 织物的阻燃、抑烟性能以及亲水性能进行表征与测试。结果表明:MoS2RGO 复合材料在织物上能够形成良好包覆,且能够有效提高 PET 织物的热稳定性,在 700 时,其残炭率较纯织物明显提升;MoS2RGOPET 织物的极限氧指数可提升至 28.2%,总热释放量较纯 PET 织物下降 60.5%,烟雾密度降低 59.9%,具有良好的自熄性能,损毁长度可降低至 10.6 cm。此外,MoS2R
3、GO 复合材料可以赋予 PET 织物良好的亲水性能,在 2.2 s 时接触角变为0,有效改善了 PET 织物的服用舒适性能。关键词:二硫化钼还原氧化石墨烯(MoS2RGO);阻燃整理;抑烟;PET 织物;水热法;浸轧中图分类号:TS195.6 文献标志码:A 文章编号:1009-265X(2024)02-0130-11收稿日期:20230619 网络出版日期:20230830基金项目:多功能集成协同创新基金项目(P110903419)作者简介:李伟(1995),男,新疆石河子市人,硕士研究生,主要从事无机纳米复合材料及其应用方面的研究。通信作者:郑敏,E-mail:zhengmin 涤纶(PE
4、T)纤维具有强度高、模量高、回弹性好、耐热性以及耐摩擦性高、保形性良好等优点,已成为用途最广、产量最大的一种合成纤维1,被广泛应用于服装面料和工业制品2。但 PET 纤维属于可燃性纤维(极限氧指数为 19%左右)3。PET受热易熔融、分解、燃烧,产生大量黑烟、并且产生熔融滴落现象,容易造成二次危害,极大地限制了它的使用4。因此,对 PET 织物进行阻燃整理具有重要的理论意义和应用价值。PET 的阻燃改性方法有很多。可从 PET 分子的合成阶段开始,利用共聚等手段,将阻燃剂中的阻燃官能团引入 PET 大分子链,改变分子结构得到阻燃 PET 聚合物;共聚法制备的阻燃 PET 纤维阻燃耐久性较好,但
5、会降低其耐热氧化性5。另外可以在纤维的熔融纺丝阶段将阻燃剂与普通的 PET 原料进行共混,最终制得阻燃PET 纤维;共混法工艺简单,设备要求低,但对阻燃剂要求较高,阻燃剂在熔融的聚酯中分散不均匀、纺丝难度大6。也可以通过表面接枝法将阻燃剂通过化学键与纤维相连接;表面接枝法生产成本较低,但会影响织物的力学性能7。还可以通过后整理阻燃改性,这类方法主要包括浸渍烘培、涂覆等,将阻燃整理剂在 PET 纤维或者织物上形成具有阻燃效果的保护膜,受热时阻燃保护膜能够隔绝氧气和热量,从而阻止内部的纤维和织物燃烧8;后整理法生产成本低,工艺简单,是 PET 织物常用的阻燃改性方法9。石墨烯及其衍生物作为新型材料
6、,在力学、光学、热学等方面具备诸多优良性能,被广泛应用于化学、物理、医药等领域中,在纺织领域中也得到了广泛应用10。还原氧化石墨烯(RGO)由氧化石墨烯(GO)还原得到,通过还原可以减少 GO 表面的含氧官能团数量,从而提升其热稳定性。作为一种二维层状碳质型材料,RGO 具有优异的热稳定性、阻隔性能、大表面吸附等特性11。RGO 纳米片的层状结构可以提供曲折的扩散路径,从而提高气体、水分和氧气传输的阻隔性能,减少热量传递并抑制可燃性挥发物12。利用 RGO 捕捉自由基的作用和片层结构的阻隔作用,可有效降低材料燃烧过程中的能量传递,从而提高高分子材料的阻燃性能13。Ji 等14通过合理设计涂层工
7、艺,重复进行多次循环,在真丝织物表面沉积更多的 RGO 薄片,从而获得更好的阻燃性能;经 RGO 包覆后的真丝织物,特别是经过 9 次包覆工艺的真丝织物,其阻燃性能较原始真丝织物有所提高,在垂直火焰测试中表现出更高的极限氧指数值、更好的热稳定性和更短的损伤长度。Han 等15通过调控温度制备出还原程度不同的 RGO,该结果表明:在温度 为 800 对 GO进行还原后的石墨烯材料对聚苯乙烯的阻燃效果最好,加入质量分数 5%的 RGO 后,复合材料的 PHRR降低了 47.5%。Xu 等16利用水合肼还原 GO,并加入聚氨酯中改善其阻燃性能;该研究表明:在 700 时聚氨酯的残炭率小于 0.1%,
8、而加入质量分数2%的 RGO 后,聚氨酯的残炭率高达 1.1%,PHRR值降低了约 43.5%,阻燃性能有所提升。但是RGO 的导热系数较高,自身的阻燃效率较低,同时对燃烧产生烟雾的抑制能力有限,不能满足现行阻燃标准的要求17。同样作为二维层状材料的 MoS2具有较好的热稳定性;相比于 RGO 片层,MoS2纳米片层还具有更低的导热性18。过渡金属元素 Mo 可促进燃烧过程中炭层的形成,从而有效阻止火焰和聚合物基体之间的物质和能量交换,抑制聚合物的降解,最终提高聚合物材料的阻燃性能19。同时,MoS2在受热生成 MoO3,可作为聚合物的抑烟剂,减少聚合物燃烧时有毒气体的生成量,为火灾救援赢得宝
9、贵时间20。Cai 等21将聚苯胺改性的氮化硼(BNPANI)固定在二硫化钼(MoS2)纳米片的表面,从而形成多功能纳米杂化物。基于 BN 纳米片的阻隔作用和 MoS2的路易斯酸催化作用,所制备的 BNPANIMoS2对环氧树脂的阻燃和毒烟抑制具有较好的增强作用。该结果表明:BNPANIMoS2的添加质量分数为 5.0%时,其 PHRR、THR、TSP 分别降低 23.7%、9.1%和29.9%。Pan 等22将壳聚糖和二硫化钼(MoS2)组成的防火涂层首先通过逐层组装技术沉积在柔性聚氨酯(FPU)泡沫上,整理后的泡沫在整个燃烧过程中可以燃烧但没有熔体滴落,燃烧后保持其形状,而纯泡沫则被完全燃
10、烧。热重分析红外光谱分析表明,MoS2填充涂层可以明显减少泡沫热分解过程中有机气态热解产物和有毒挥发物的量。由此可见,MoS2作为一种阻燃添加剂,具有优异的抑烟效果,将 MoS2与 RGO 进行复合,可以发挥 MoS2的低导热性、快速成炭性、抑烟性以及 RGO 的高稳定性、强阻隔性与大表面吸附等性能,产生协同阻燃的效果,达到阻燃抑烟的双重目标,为开发出绿色环保型阻燃剂提供新的思路。本文首先通过一步水热法制备了三维 MoS2RGO 纳米片;然后以 3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)为交联剂,通过轧烘焙工艺,在 PET 织物表面负载具有阻燃抑烟性能的 MoS2RGO 纳米片;研究了 MoS2R
11、GOPET 织物的热稳定性、阻燃性、抑烟性以及亲水性能。本文可为制备工艺简单的阻燃抑烟 PET 织物提供新的途径。1 实 验1.1 实验材料和试剂织物:PET 织物(平纹,平方米克重为 168 gm2,经、纬密度分别为 233 根(10 cm)、186 根(10 cm),线密度为 36.9 tex,捻度为 390 捻m,江苏纳盾科技有限公司)试剂:二水钼酸钠(Na2MoO4 2H2O)、硫脲(CS(NH2)2),分析纯,江苏氩氪氙材料科技有限公司;氧化石墨烯(GO),工业级,苏州碳丰科技有限公司;无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、草酸(H2C2O4),分析纯,优特普科技苏州有限公司;硅烷偶联
12、剂KH550,99%,济南兴飞隆化工有限公司。1.2 主要仪器设备聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜(50 mL,苏州泰斯莱科学仪器有限公司);DF-101S 型集热式恒温加热磁力搅拌器(上海普渡生化科技有限公司);TG16.5-WS 型台式高速离心机(上海卢湘仪离心机有限公司);X-ray Powder diffractometers 型 X 射线衍射仪(德国布鲁克);HT7700 型透射电子显微镜(日本日立公司);Nicolet5700 型傅里叶变换红外光谱仪(美国 Thermo Fisher Scientific 公司);XploRA plus型拉曼光谱仪(法国 Jobin Yvon 公司)
13、;Regulus 8230型高分辨场发射扫描电镜(日本日立公司);FT0080型极限氧指数测试仪(英国 Fire Testin Technology公司);SDL M233 M 型垂直燃烧测试仪(深圳锡莱-亚太拉斯有限公司);NBS 型烟雾密度箱(英国 FTT公司);Diamond TG-DTG 5700 型热重差热联用仪(美国 TA 公司);FTT-0007 型锥形量热仪(英国 FTT公司);OCAT21 型接触角仪(美国科诺有限公司)。131第 2 期李 伟 等:二硫化钼还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能1.3 实验方法1.3.1 MoS2RGO 复合材料的制备将 0.3 g 二水钼酸钠缓
14、慢加入到 30 mL 去离子水中,在 450 rmin 的搅拌速率下缓慢溶解,然后向上述溶液中依次加入 0.7 g 硫脲和 0.15 g 草酸,并将上述混合溶液搅拌 4 h。随后将溶液 pH 调至弱酸性(pH 值为 56),加入聚乙烯吡咯烷酮,并继续搅拌 30 min。将氧化石墨烯加入上述混合溶液中,并超声 1 h,然后将溶液移至 50 mL 聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中,200 条件下进行水热反应 24 h。待反应结束后,将溶液冷却至室温,并从反应釜中取出,超声离心出固体样品(离心速度8000 rmin,离心时长 10 min),然后用去离子水和乙醇分别洗涤 3 次去除杂质,在 65 的
15、真空烘箱中干燥 8 h,充分研磨得到 MoS2RGO 纳米粉末。1.3.2 MoS2材料的制备将 2.1 g 二水钼酸钠加入到 50 mL 去离子水中,在 500 rmin 的搅拌速率下缓慢溶解,然后取1.14 g 硫脲加入溶液中,充分搅拌 5 h。搅拌混合均匀后,将溶液移至 100 mL 聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中,200 条件下进行水热反应24 h。待反应结束后,将溶液冷却至室温,取出溶液,超声离心出固体样品(离心速度 8000 rmin,离心时长 6 min),然后用去离子水和乙醇洗涤去除杂质,在 65 的真空烘箱中干燥 6 h,充分研磨得到 MoS2纳米粉末。1.3.3 MoS2
16、RGOPET、MoS2PET 和 GOPET织物的制备 PET 织物预处理:将 PET 织物净洗(温度 75,时间 45 min,洗涤剂 3 gL),期间用玻璃棒不断搅动以除去织物上的浆料及杂质,然后水洗,烘干。将烘干后的织物进行碱减量处理(NaOH 25 gL,浴比 1 35,温度 95,时间 35 min)。将碱减量处理后的织物洗涤、烘干,备用。后整 理:将 MoS2RGO、MoS2和 GO 分 别 以20 gL 的浓度分散在去离子水中,各自加入 1.5 gL的硅烷偶联剂 KH550,总液量为 250 mL,配置为整理液。将预处理后的 PET 织物放入轧车中进行二浸二轧(压力 0.25 M
17、Pa,车速 2 ms,轧余率为100%5%)处理,90 预烘 4 min,160 烘焙4 min,分别得到 MoS2RGOPET、MoS2PET 和 GOPET 织物。1.4 测试与表征1.4.1 化学结构与晶体结构分析采用傅里叶变换红外光谱仪对 MoS2RGO 复合材料、GO 以及 MoS2的化学结构进行测试。测试波数范围为 4000400 cm-1。采用拉曼光谱仪对 MoS2RGO 复合材料、GO 以及 MoS2的化学结构进行测试。测试波数范围为2000200 cm-1。通过 X 射线衍射仪对 MoS2RGO 复合材料、GO、MoS2以及 MoS2RGOPET 织物进行结构分析以及物相的定
18、性与定量分析,测试角度范围为10 80,扫描速度为 0.15()s。1.4.2 形貌表征与元素分析采用 Regulus 8230 高分辨场发射扫描电镜对MoS2RGO 复合材料进行表征。通过 Regulus 8230高分辨场发射扫描电镜观察 MoS2RGOPET 织物的表面形态,并使用能谱仪对织物表面的元素种类及含量进行测试。1.4.3 热稳定测试通过热重分析仪测试 MoS2RGOPET 织物的热稳定性,最高温度为 700,升温速率为 10 min,样品质量为(6.50.5)mg。1.4.4 阻燃性能测试根据 GBT 54541997纺织品烧性能试验 氧指数法,使用氧指数仪器测试 MoS2RG
19、OPET 织物的极限氧指数,试样尺寸为 150 mm58 mm。按照 GBT 54552014纺织品燃烧性能 垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定,通过织物阻燃性能测试仪测试 MoS2RGOPET 织物的垂直燃烧性能,试样尺寸为 300 mm89 mm。参照 ISO 56601:2016对火反应试验 热释放、产烟量及质量损失率 第一部分:热释放速率(锥形量热仪法),测试试样的总热释放(THR),试样尺寸为 100 mm100 mm4 mm,辐射功率为35 kwm2。采用 Regulus 8230 高分辨场发射扫描电镜对PET 织物与 MoS2RGOPET 织物燃烧后残炭进行表征。1.4.5
20、烟密度测试根据 ISO 5659-2:2017烟密度和毒性测试对织物燃烧过程中释放的烟密度进行测试。将织物提前裁剪成尺寸为 75 mm75 mm 的样条备用,加热方式:无焰,辐射功率:25 kWm2,加热温度:555。231现代纺织技术第 32 卷1.4.6 亲水性测试采用 DSA30 接触角分析仪测试整理后织物的接触角。待测样品在恒温(252)和恒湿(65%1%)条件下放置 24 h 后剪成 2 cm5 cm 的片状,平铺于载玻片上,将 3 L 蒸馏水滴在织物表面,测试其接触角,1 个样品测 5 次,结果取其平均值。2 结果与讨论2.1 化学结构与晶体结构分析为了研究 MoS2RGO 复合材
21、料与 MoS2RGOPET 织物化学结构与晶体结构,对其进行傅里叶红外光谱、拉曼光谱与 X 射线衍射(XRD)的表征。图 1为 GO、MoS2、MoS2RGO 复合材料的傅里叶红外光谱图。可看出:1534 cm-1处的峰对应于 CS的伸缩振动峰,2360 cm-1附近为 SO 的伸缩振动峰,1042 cm-1附近代表 CO 烷氧基团,620 cm-1处的峰对应于 MoS 的伸缩振动峰。通过水热法合成制备的 MoS2RGO 复合材料,其红外吸收峰相比于 GO 都已明显减弱,说明 GO 的大部分含氧官能团已被脱去,并且在 1534 cm-1处出现了一个微小的特征吸收峰,这是石墨烯片层间由于骨架振动
22、而产生的峰,表明氧化石墨烯已被成功还原为还原氧化石墨烯23-24。图 2 为 GO、MoS2、MoS2RGO 复合材料的拉曼外光谱图。其中:E11 g对应 Mo 和 S 原子平行于层面的振动,A11 g代表着 S 原子垂直于平面的振动。从图 2 可以看到,MoS2RGO 的 E11 g峰出现了蓝移,A11 g峰出现了红移,这说明了 MoS2层数的减小;同时出现了 RGO 的 D 峰和 G 峰,二者的强度比用来表征结构的无序程度。其中 GO 的IDIG值为 0.85,而 MoS2RGO 中的 IDIG值明显提高,达到 1.07,表明 GO 被充分还原为 RGO,形成了更多的缺陷边缘;同时表明 M
23、oS2与 RGO 之间可能发生嵌入25。图 2 中,MoS2RGO 复合材料在 823 cm-1和 992 cm-1处分别出现了两个明显的峰,这是由 MoC 键的振动引起的,表明 MoS2和RGO 已成功原位复合并且成键26。图 1 MoS2RGO、MoS2和 GO 的红外光谱图Fig.1 FT-IR of MoS2RGO,MoS2 and GO 图 2 MoS2RGO、MoS2和 GO 的拉曼光谱Fig.2 Raman spectra of MoS2RGO,MoS2 and GO MoS2RGO、MoS2 以及 GO 材料的 XRD 图谱及其对应的 JCPDS NO.37-1492 卡片如图
24、 3 与图 4 所示,以及 MoS2RGOPET 织物的 XRD 图谱如图 5 所示。从图 3 可以看到 MoS2RGO 在衍射角为 13.7、32.4、35.2、43.6和 57.2附近分别显示出了明显的特征衍射峰,而这些特征峰恰好能够对应上 MoS2的(002)、(100)、(103)、(105)和(110)晶面27。另外,从图 4 还可以观察到 MoS2RGO 在(002)和(103)和(105)晶面的特征峰位发生了偏移,这是MoS2与 RGO 的含氧官能团相互作用的结果28。MoS2RGO 在 22.5形成了一个矮宽的新峰形,这是RGO 典型的“馒头峰”,表明 GO 在还原过程中部分碳
25、结构由无序结构转化为有序结构,对应于 RGO 的(002)晶面,表明 MoS2RGO 复合材料的成功制备29。图 5 可以看到 MoS2RGOPET 织物在衍射角为 14.3、32.5、58.3以及 22.5处分别显示出了 MoS2与 RGO 的特征衍射峰,证明 MoS2RGO 存在于 PET 织物表面。此外在 17.4以及 26.3处出现了尖锐的衍射峰,正好与 PET 织物的特征峰相对应,这表明 MoS2RGOPET 织物的成功制备。331第 2 期李 伟 等:二硫化钼还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能图 3 MoS2RGO 复合材料的 XRD 图谱Fig.3 XRD pattern of
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 二硫化钼 还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能 还原 氧化 石墨 涤纶 织物 阻燃 性能
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。